基础工程课程设计——低桩承台基础设计

基础工程课堂设计低桩承台基础设计学生姓名:nilfa rochinel班级：桥5一、拟定承台平面尺寸钻孔灌注桩属于摩擦桩中的钻孔桩，根据规范要求，其中心距不应小于桩径的2.5 倍，此处，横、纵向桩中心距均取桩径的2.5倍即：横、纵向桩的中心距为1.5*2.5=3.75m根据规范，为了避免承台边缘距桩身过近而发生破裂，并考虑桩顶位置允许的偏 差，边桩外侧到承台边缘的距离，对于桩径大于1.0m的桩不应小于0.3倍桩径 并不小于0.5m。故： 承台长 L = 150 2.5 3+150 0.3 2 + 150= 1365cm承台宽D = 150 2.5 2+150 0.3 2 +150= 990cm二、进行基桩的平面布置桩的排列形式采用行列式，基桩布置如图1所示伽5O O O OO O O OO O O Oa66三、拟定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力承台每延米自重：N =9.90 13.65 (25-19.8 )=702.70kN/m0土层丨中桩每延米自重：1q = - p 1.52 (25 19.8) = 9.189EN / m1 4土层II中桩每延米自重：q = - p 1.52 (25 - 21.8) = 5.654kN / m2 4设：第二层土中桩长为hu根据要求，一般应将桩底至于岩层或坚硬的土层中，已得到较大的承载力和较小的沉降量，若在施工条件允许的深度内没有坚硬土层的存在，应尽可能选择压缩性较低、强度较高的土层作为持力层，要避免是桩底坐落在软土层上或离软弱下卧层的距离太近，以免桩基础发生过大的沉降。显然，土层II相对于土层丨更适 合成为持力层。桩底所承受的最大竖向荷载最大值为：N 二(N /12 + N 3.5/12 +12.5 9.189+h 5.654)hz1二 74958/12 + 702.70 3.5/12 + 9.189 12.5 + 5.654 h二 6566.32 + h5.654计算r 时取以下数据：a桩的周 u = pd = p 1.5=4.71m A 二一pd2 二p 1.52 二 1.77m2, l = 0.85申=0.8,= 6,p 4402f = 500kpa, g = (16 19.8+ h21.8)/(16+ h )a 02所以承载力：R = 0.5 x 4.71x (55 x 12.5 + 70 x h ) +1.77 xa (16x 19.8+21.8x h )(0.8 x 0.85 x (500+6 xx (13+h )(16+h )=N = 6566.32 + 5.654 x hh解之的 h =8.18m 取 h =9.5m因此拟定桩长为：L=12.5+ 9.5二22mzhuang桩端以上各土层的加权平均重度值为:16 + 9.5g 二 16 19.8 + 9.5 21.8 二 20.54kN/m32桩端处土的承载力容许值:+ k l (h - 3)2 2 m01 叮二 0.8 x 0.85500 + 6 x 20.54x (25.5 3)二 2225.57kPa因为 q 二 2225.57kPa1450kPa 所以取q 二 1450kParr单桩轴向受压承载力容许值的计算：R = q l + A q a 2ik i p ri=11=2 x 4.71x (55 x 12.5 + 70 x 9.5) +1.77 x 1450=5751.64kN桩底所承受的最大竖向荷载N = (N /12 + N 3.5/12 +12.5 9.189+力5.654)hz1=6620.03kN因为N r ，不满足要求，所以需重新拟定桩长。ha6620.03-1.77 x 145047!55 x 12.5/70 = 14.76m取 h 17m。 n验算单桩轴向受压容许承载力桩端以上各土层的加权平均重度值为:16 19.8 +17 21.816 +1720.83kN/m3桩端处土的承载力容许值:k l (h - 3)0.8 x 0.85 500 + 6 x 20.83x (33- 3)=2889.59kPa因为 q 二 2889.59kPa1450kPa 所以取q 二 1450kParr单桩轴向受压承载力容许值的计算：q I + A qik i p ri=1=2 x 4.71 x (55 x 12.5 + 70 x 17) +1.77 x 1450 =6988.01kN桩底所承受的最大竖向荷载N = (N /12 + N 3.5/12 +12.5 13.232+力5.654)hz1=6662.44kN因为n二 1.0m时，故桩的计算宽度为：b = kk (d +1)1 f平行于水平力作用方向的桩间净距为L二3.75-1.5二2.25m1地面线以下桩的计算埋入深度h = 3(d +1) = 3 (1.5+1) = 7.5m，且L = 2.25m 0.6h = 4.5mc1 1所以1 - b L0.6 h式中：b-桩的计算宽度(m) ,b 2d；iid-桩径(m)；k -桩形换算系数，本题取k =0.9；ffb -与水平外力作用方向的一排桩的桩数n有关的系数，本题取b = 0.5。2 2计算可得:7 1 - b0.5 4.5 门k = b +2 J =0.5+=1.020.6 h 0.6 7.5b = kk (d +1)=1.0 0.9 (1.5+1)=225m1 fb = 2.25m 2d = 3m符合要求1h = 2(d +1) = 2 (1.5+1) = 5m 4,取用4。l0二0查附表17、附表18、附表19得： = 1.06423疋=0.98545j = 1.48375,由下式QMM可得:r =a 3EIx - 0.0230EIHHQr =a 2EIx - 0.0764E/MHMr =a Elj - 0.413EIMMM(2)计算承台底面原点0处位移a、c、B，低桩承台要考虑桩一土一承台的共同作0 0 0用。即：Yaa其中=工(p sin2 a +pcos2 a ) + B Fcppi HHi1i=1=Y aP=工(p - p)x sin a cos a -pcos a + B Scpp HH iii MHi1i=1=工(p sin2a +p cos2a )x2 + 2xp sma+p ) + BIcppi HHi ii MHi MM1i=1c h 2 f n, Ic6=mh , B - 9.90 +1 - 10.9,n 1=74958= 23571.69nr12 0.265EIEIpp=0, Fcc h3=0, B1=B+1n r (nrHHn(nr+ rx 2) H + nrM + B IcH - BScMMM PP.MH11i-1 inn+ r x 2) + n r BIc +(nr+ rx 2) B Fc +B 2 IcFc B 2 Sc2+2nrBSc n 2 r 2MM ppHH 1MM pp1MH 1, i, i11MHi=1i=1r + rMM ppx2 - 12 0.493EI + 0.265EI 8 3.752 - 35.729EIi=11r - 12 0.1087EI - 1.304EI,n r- 12 0.0389EI - 0.4668EI,n2r 2 - 1.7015(EI)2MHHHMHIc - 0.2449EI,BSc - 0.1399EI,BFc - 0.1199EI111=10233.2=EI(nr + B Fc )M- (-nr+ B Sc)H0n r (nr+ rHH MMHM 1MH Tnn_ x 2) + n rBIc + (nr+ rppHH 1MM ppiii=1i=1x 2) B Fc + B 2 IcFc B 2 Sc2 + 2nrB Sc n 2 r 21MH 1MH=1442.97)=EIp、i(3)计算作用在每根桩顶上的作用力竖向力:P = r (c +x b )i PP 0 i 023571.69=0.26S(EI1442.97EI7680.45KN)=6246.5KN( x = 0)i4812.55KN水平力:Q =r a -r b = 241.221KNi HH 0 HM 0弯矩值：M = r b -r a = -400.97 KN.mi MM 0 MH 0校核单位宽度水平抗力：E = aFc + b Sc = 131.13kN/mx 00单位宽度弯矩值：M = a Sc + b Ic = 163.79kNEx 00水平力校核：nQ = 12 241.221+131.13 10.9 = 4323.97N 4072.18KN i竖向力校核：nP = 4 (7680.45+6246.5+4812.55)=74958KN= N = 74958KNii=1弯矩值校核：nxP + nM = 4 (7680-4812.55) 3.75+12 (-400.97)+163.79 10.9=39985.4KNim 日i ii；显i=1M =38209KNim然，校核结果符合要求。六、确定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力由上一问可知，单桩桩顶所受到的最大轴向压力N = 7680.45Nmax竖向最大荷载：N= 7680.45+ 9.189 12.5+ 5.654 17=7891.43kNhmax因为N二max7680.45 R=6988.01kN，不满足要求，所以进行重新计算。2 x 7891.43-1.77 71450 - 55 x 12.5 /70 = 22.48m4.71取h =25m。n桩端以上各土层的加权平均重度值为:g = 16 19.8 + 25 21.8 = 21.02kN/m3216 + 25桩端处土的承载力容许值:+ k l (h 3)2 2 m0l=0.8 x 0.85 500 + 6 x 21.02 x 38=3598.94kPa因为 q 二 3598.94kPa1450kPa 所以取q 二 1450kParr单桩轴向受压承载力容许值的计算:12二一u q l+ Aq2ik i p ri=11=4.71 (55 12.5 + 70 25) +1.77 14502=8247.97kN因为 N =7680.45kN 4.4耳 i+1400； / h(泸:9 20 00.0522m，取 r = 0.9r = 0.675msh = r + r =0.75+ 0.675= 1.425m； h = 2r = 1.5m0sez = 0.2 + 2.7 e-1=0.299,Z =1.15-0.010 = 0.92h所以:h =1+( 37.5 )2 0.299 0.9=4.281400 0.0522/1.4251.5计算截面实际偏心距max =h _hM 4.28 400.97 rh e = max =0 223m0 N7680.45max根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ D62-2004)求轴向偏心距:e 一 Bf , + D P gfe cdsd r0 Af + C P f sdcd其中 r = 0.75m,g=0.9r =0.002即：ABCDC 0)h e0(e ) / qe0 00.862.30470.53041.87860.96390.2390.2231.070.872.33420.51911.91490.93970.2300.2231.030.882.36360.50731.95030.91610.2230.2231.00以下采用试算列下表0由上表可知，当z =0.88时(丿=0.223mm,与实际值he =0.223mm最为接近，故取0.880_ Bf + Drgf .11.4B + 0.504D 八e = cdir =0.750 Af + C r f sd11.4 A + 0.56Ccd作为计算值。截面承载力复合轴力复合:N = Ar2 f + Cr r2 f ucdsd=2.3636 7502 11.4 +1.9503=15770.93kN7202.12kN0.002 7502 280弯矩复合:M - Br f + Dr gr 3 fu3 cdsd-0.5073 7503 11.4 + 0.9161=2634.58kN.m400.97kN.m0.002 7503 280轴力和弯矩均满足要求。裂缝宽度验算根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ D62-2004)第6.4.5条，圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件，当按作用短期效应组合计算的截面受拉区外缘钢筋应力b 24MPa时可不必验算裂缝宽度。ss式中:o =ssNr e59.42(2.80鼻r1.0) 1.65 p3r = 750mm, r = 0.005, f =25MPa,h = 1.0, ecu ,ks0=M= maxNmax400.97二 52.2mm7680.45则：s 二ss7202.12 10359.42 -(2.80 x 1.0 x 52.2 -1.0) -1.65 p x 7502 x 257502x (0.005)- 3=-323.12Mpav24Mpa说明在桩身弯矩最大截面外缘钢筋处于受压状态，可不必进行裂缝宽度验算。钢筋布置如图:九、群桩基础承载力和沉降量验算1. 桩底持力层承载力验算由公路桥规可知，摩擦型群桩基础桩间中心距小于6倍桩径时，可将桩基础视为实体基础。当偏心受压时，应满足下列条p=yl+丫h-f A A aBLy h N 八 eA. r 1p=yi+yh-+(1+)y LfmaxAA|WR aA = a x b其中:a = L + d + 2l tan 04b = B + d + 2l tan 04 gi i = i =1l式中:P、Pmax桩端平面处的最大压应力（kPa）;y承台底面包括桩的重力在内至桩端平面上的平均重度（kN/m3）；l桩的长度（m）;y承台底面以上土的重度（kN/m3）；L,B承台的长度和宽度（m）;N作用于承台底面合力的竖向分力（kN）;A假想的实体基础在 桩端平面处的计算面积，即A = axb（ m2）；a,b假想实体基础在桩端平面处的计算宽度与长度（m）;L ,B 外围桩中心围成矩形轮廓的长度、宽度（m）; 0 0d桩的直径（m）;W假想的实体基础在桩端平面处的截面抵抗矩（m3）；e作用于承台底面合力的竖向分力对桩端平面处计算面积重心轴的偏心距（m）;基桩所穿过土层的平均内摩擦角；申l各层土内摩擦角与相应土层厚度的乘积；i if 修正后桩端平面处土的承载里容许值，应经过埋深h+/的修正；ah承台的高度，对于高桩承台基础，h二0，埋置深度即为l;Y抗力系数。R计算：平均内摩擦角：（由于题中未指出，均取作0）申=0计算宽度，长度：a = 3.75 3 +1.5 + 2 37.5tan0=12.75m b = 3.75 2 +1.5 + 2 37.5tan0=9m 平均重度：-12.5 19.8 (ab- 3p d2) + 25 21.8 (ab- 3p d2) + 2.5 37.5 3p d2 g =abl面积：A = a b = 114.75m2截面抵抗矩：W=6 心=172.125m3偏心距:则：3820974958=0.510mBLgh Nd eAxp =gl + gh -+(1+)maxA A W17 69 37 1099.12kPa因此持力层承载力满足要求2. 软弱下卧层强度验算本题持力层以下均为土层II,无软弱下卧层，因此无需计算。3. 群桩基础沉降验算分层点深度自重附加PliApipie1ie2iAsi00567.100.05514654.97.25611.198.6709.70.80.108.7155581地基分层：分层厚度不超过0.4xlO.8二4.32m，分层厚度取4m附加应力12.75 9p = 74958 +16.38 13.65 25 3.5 + 3p d 37.5 25 -16 19.8- 25 21.8 = 135.17kpa 0if1 点的附加：n=12.75/9=1.4,m=4/9=0.4, a =0.3321即 Dz = 4x0.3321x135.17= 179.56pa压缩层一般按Az = 0.2A 确定，1点处满足，所以压缩层深度在基底以下4m处cz根据经验，中粗密实砂加砾石土孔隙比应在0.450.95之间 对应p时，e应取0.85, e应取0.8lili2i最终沉降量s - Ds = 146.0mmi根据公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）规定，相邻两墩台间不均匀沉降差值（不包括施工中的沉降），不应使桥面形成大于0.2%的附加纵坡（折 角），因此该桥的沉降值是否满足要求，还应知道相邻墩台的沉降量。